Catálise baseada em enzimas que contém íons de Ferro

Enzimas que atuam sobre H2O2 Peróxido de hidrogênio é comumente formado em reações que envolvem a redução de O2 em sistemas biológicos. O H2O2 é destruído por catalases (que são peroxidases) ou mesmo serve como substrato primário para uma série de peroxidases que realizam reações cíclicas de óxi-redução

Reação catalisada pelas enzimas que atuam sobre H2O2:

H2O2 + 2e- + 2H+ 2 H2O

O2 + e- + H+ H-O-O.

H-O-O. + e- + H+ H-O-O-H

H-O-O-H + e- + H+ HO. + H2O + Fe3+

recapitulando

Peroxidases >> ex: citocromo C peroxidase de levedura O grupo porfirínico típico das peroxidases contém o íon Fe3+ no centro quando no estado de repouso da enzima

Sítio catalítico

Espaço livre onde se acopla o H2O2

Acoplamento do H2O2 e alterações no estado de oxidação

H

+

A molécula de H2O2 se acopla ao Fe3+ de forma similar ao que ocorre com o acoplamento do O2 na mioglobina. Após o acoplamento, ocorre a transferência de 2e- do complexo enzimático para o H2O2 que é reduzido à H2O

A arginina e o triptofano distais ajustam o acoplamento do H2O2

Ciclo catalítico completo de uma peroxidase

H-O-O-H

H-O-H

ruptura heterolítica do H2O2

O

Fe

Um dos elétrons é doado pelo Fe(III) que vai a Fe(IV). O outro elétron é retirado do grupo porfirina que fica na forma de um radical cátion

Ciclo catalítico completo de uma peroxidase

R+.

Composto I (deficiente em 2 e-)

Duas etapas consecutivas de abstração de 1 e- de doadores diversos retorna a enzima ao estado de repouso

Aqui surge a grande diversidade de funções das peroxidases, pois o potencial redox do composto I varia de acordo com o tipo de peroxidase e uma gama variada de substratos secundários podem ser oxidados

O composto II (FeIV) recupera mais 1e- de um doador (indo a Fe III) e libera a segunda molécula de água

O

R+.

Fe

O

H H

Fe(IV)

1 e- fica com o FeIV; o outro vem do doador externo

Ciclo catalítico completo de uma peroxidase

Recapitulando: Ciclo catalítico completo de uma peroxidase

Reação catalisada: H2O2 + 2e- + 2H+ 2 H2O

Substratos secundários diversos doam os 2 elétrons necessários

Substrato primário é o H2O2

Oxidases >> Enzimas que reduzem O2 Reduzem O2 até H2O ou em alguns casos até H2O2

Muitas contém Fe e também Cobre nos sítios catalíticos

Ex: Citocromo C oxidase

Ocorre na membrana de mitocôndrias

Sítio catalítico da Citocromo C oxidase (de fato são 4 subunidades)

Além do grupo Heme, há um íon Cobre próximo que também participa no fluxo de elétrons

Note , pense e recorde: Por que o íon Fe2+ apresenta estrutura octaédrica e o Cu1+ é tetraédrico

A enzima acaba funcionando como bombeadora de H+ desde o interior da mitocôndria, pois nas etapas de redução de O2, ocorre a formação de H2O (liberada para fora da membrana) que requer os prótons

Os elétrons vêm das outras subunidades que contém Cobre e do citocromo ("transportador de elétrons") que se acopla à enzima e atua como transferidor de elétrons

Ciclo catalítico da Citocromo C Oxidase

Exemplo de como O2, por ser um diradical, recebe 2 e-

Exemplo de como O2, por ser um diradical, recebe 2 e-

Note o acoplamento do O2, similar ao que ocorre na mioglobina, porém o Cu(I) adjacente também participa da redução do O2

Em última instância, os elétrons disponibilizados para o ciclo vêm de carboidratos que são oxidados, gerando energia para a célula

Oxigenases >> Enzimas que oxidam substratos orgânicos Podem ser mono ou di-oxigenases e inserem um oxigênio em uma ligação C-H Muitas contém Ferro e a oxidação do substrato se dá pelo ciclo de oxi-redução deste metal

Ex: Citocromo P450

RH + O2 + 2H+ + 2e– → ROH + H2O

Reação catalisada

Cisteína no lugar da histidina comum nos grupos heme transportadores de O2

Ciclo catalítico de uma Oxigenases

substrato não oxidado

produto oxidado

Acoplamento de O2 similar ao que ocorre na mioglobina

Redução do O2 até H2O e formação do Fe(IV)-radical cátion na porfirina)

Um dos elétrons é doado pelo Fe(III) que vai a Fe(IV). O outro elétron é retirado do grupo porfirina que fica na forma de um radical cátion

Próxima aula: exercícios